ГОСТ Р 59743.2-2022 Оптика и фотоника. Матрица микролинз. Часть 2. Методы измерений аберраций волнового фронта.
ГОСТ Р 59743.2-2022
(ИСО 14880-2:2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Оптика и фотоника
МАТРИЦА МИКРОЛИНЗ
Часть 2
Методы измерений аберраций волнового фронта
Optics and photonics. Microlens array. Part 2. Test methods for wavefront aberrations
ОКС 31.260
Дата введения 2023-03-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационных оптических систем Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" (ФГУП "НИИФООЛИОС ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова") и Федеральным государственным автономным образовательным учреждением высшего образования "Национальный исследовательский Университет ИТМО" (Университет ИТМО) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 296 "Оптика и фотоника"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 июля 2022 г. N 616-ст
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 14880-2:2006* "Оптика и фотоника. Матрицы микролинз. Часть 2. Методы определения аберраций волнового фронта" (ISO 14880-2:2006 "Optics and photonics - Microlens arrays - Part 2: Test methods for wavefront aberrations", MOD) путем изменения ссылок, исключения введения и отдельных положений, которые дублируются по тексту стандарта, исключения из библиографии информации о документах, ссылки на которые не использованы в настоящем стандарте.
Внесение указанных технических отклонений направлено на учет особенностей российской национальной стандартизации и целесообразности использования ссылочных национальных стандартов вместо ссылочных международных стандартов. При этом ссылки и другие внесенные дополнения и изменения выделены в тексте курсивом.
Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на матрицы микролинз с линзами, образованными внутри или на одной или более поверхностях общей подложки, и устанавливает методы измерений аберраций волнового фронта матриц микролинз.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 8.745/ISO/TR 14999-2:2005 Государственная система обеспечения единства измерений. Оптика и фотоника. Интерференционные измерения оптических элементов и систем. Часть 2. Измерения и методика оценки результатов
ГОСТ Р 59743.1 (ИСО 14880-1:2019) Оптика и фотоника. Матрица микролинз. Часть 1. Термины и определения. Классификация
ГОСТ Р ИСО 15367-2 Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений формы волнового фронта пучка лазерного излучения. Часть 2. Датчики Шока-Гартмана
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59743.1.
4 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
5 Измерительное оборудование
5.1 Общие положения
Для измерений применяют оборудование, включая источник оптического (лазерного) излучения (далее - источник излучения), коллимирующую линзу, ограничитель апертуры, устройство крепления образца, оптические устройства для формирования изображений, детектор изображений и систему анализа интерференционных картин.
5.2 Источник оптического (лазерного) излучения
Должны быть представлены следующие параметры источника излучения: центральная длина волны, полуширина спектра, состояние поляризации (случайная, линейная, круговая и т.д.), расходимость излучения, размер пятна или параметры перетяжки излучения. При отсутствии спецификации на источник излучения следует провести измерения характеристик излучения и зарегистрировать их в протоколе измерений.
5.3 Объектив
Линза объектива оптического микроскопа, используемая в качестве эталонной линзы, должна иметь эффективную числовую апертуру. Для объектива должны быть представлены значения следующих параметров:
- эффективная диафрагма;
- эффективное фокусное расстояние на рабочей длине волны.
5.4 Коллиматор
В остальных случаях параметры применяемого коллиматора должны быть указаны в протоколе измерений.
5.5 Оптическая система согласования излучения
Для согласования интерференционной картины с матричным детектором (приемником) применяют телескопическую систему, состоящую из двух софокусных линз. Отношение фокусных расстояний этих линз должно быть равно коэффициенту уменьшения интерференционной картины.
Примечание - Диаметр измеряемой области микролинзы может быть установлен с помощью программного обеспечения при определении эффективной числовой апертуры для того, чтобы избежать дополнительной дифракции на физической апертуре.
5.6 Апертурная диафрагма
Для ограничения диаметра пучка оптического (лазерного) излучения, падающего на измеряемую микролинзу, в схеме измерений применяют ограничивающую диафрагму. Допускается использовать программное обеспечение в качестве ограничителя апертуры при обработке результатов измерений.
6 Дополнительные требования к оборудованию
Измерения аберраций волнового фронта микролинз проводят с применением интерферометра или другого устройства методами, приведенными в приложениях В-F. При использовании гауссовых пучков малого диаметра следует проводить дополнительные (специальные) расчеты преобразования гауссовых пучков оптическими устройствами. Размер приемной площадки детектора должен быть сопряжен с входным или выходным зрачком измеряемых микролинз.
Метод измерений должен соответствовать применению матрицы микролинз. Для однопроходовых схем измерений применяют однопроходные интерферометры.
Примечание - В интерферометрах, как правило, применяют лазерные источники излучения, при этом следует учитывать, что могут возникнуть трудности при использовании двухпроходных схем измерений с отраженным оптическим излучением, например при применении интерферометров Физо или Тваймана Грина. Следует учитывать, что все границы оптических элементов схемы формируют дополнительные интерференционные полосы, усложняющие получение достоверных результатов измерений.
Методы измерений, в которых использовано проходящее оптическое (лазерное) излучение, в меньшей степени подвержены воздействию паразитных интерференционных полос, чем двухпроходные интерферометры с отражением. В связи с этим для измерений рекомендуется применять интерферометры типа Маха-Цендера, бокового сдвига или датчик Шака-Гартмана в проходящем оптическом излучении.
7 Методы измерений
7.1 Методы измерений одиночных микролинз
Для измерений аберраций волнового фронта микролинз применяют интерферометры или детекторы волнового фронта. Для измерений допускается использовать однопроходные интерферометры, такие как интерферометр Маха-Цендера, интерферометры бокового сдвига или двухпроходные интерферометры, такие как детекторы волнового фронта Физо, Тваймана-Грина и датчики волнового фронта Шака-Гартмана (см. приложения В-D).
Следует определить требования к методам измерений. Выбор конкретного метода измерений осуществляют с учетом следующих критериев:
- требуемая точность;
- характеристики, подлежащие измерению;
- универсальность измерений;
- затраты;
- измерение характеристик одной выбранной микролинзы или всей матрицы микролинз.
При выборе конкретного метода измерений следует руководствоваться ГОСТ Р 8.745.
7.2 Конкретные методы измерений
Интерферометры или датчики волнового фронта применяют для измерений матрицы микролинз в целом или отдельных микролинз. Конкретные методы измерений приведены в приложениях Е и F.
Примечание - Измерения с применением излучения со сферическим волновым фронтом проводят на отдельных микролинзах, выбранных из матрицы, так как выполнить такие измерения для всей матрицы микролинз невозможно. Для измерений матриц микролинз применяют излучение с плоским волновым фронтом или специальное оборудование с дифракционными элементами формирования волнового фронта (см. [1]).
7.3 Требования к положению измеряемых микролинз
Оптические оси измеряемой микролинзы и оптических устройств, применяемых для согласования излучения, должны быть совмещены с оптическими осями измерительных приборов.
Примечание - Образец следует устанавливать на предметный столик, обеспечивающий возможность его регулирования в двух или трех направлениях.
7.4 Подготовка к измерениям
Для обеспечения получения достоверных результатов измерений следует соблюдать требования к окружающей среде и не подвергать измерительное оборудование воздействию вибраций.
Поверхности оптических элементов должны быть чистыми.
При очистке поверхностей оптических элементов следует руководствоваться указаниями изготовителя или нормативным документом на конкретное изделие.
8 Требования к проведению измерений
Требования к проведению измерений и методы измерений аберраций волнового фронта отдельных микролинз приведены в приложениях А-D.
Требования к проведению измерений и методы измерений аберраций волнового фронта матрицы микролинз приведены в приложениях Е и F.
9 Обработка результатов измерений
Аберрации волнового фронта вычисляют по интерферограммам (см. [2] и [3]) или результатам измерений методами, приведенными в приложениях А-F. Из аберраций волнового фронта сферических линз с круглой апертурой могут быть получены низшие коэффициенты Цернике с апертурой, заданной программным обеспечением.
Примечания
1 Низшими коэффициентами Цернике являются:
- сферическая аберрация;
- астигматизм;
- кома.
2 Для получения информации о других формах апертуры объектива (например, прямоугольной формы) см. ГОСТ Р 8.745.
Результатом измерений является значение отношения максимального значения к минимальному значению аберраций волнового фронта или среднеквадратичное значение.
При регистрации в качестве результата измерений значения отношения максимального значения к минимальному значению аберраций волнового фронта следует учитывать, что полученное значение может быть недостаточно достоверным. Поэтому в качестве результата измерений рекомендуется регистрировать в протоколе 6-кратное среднеквадратичное значение.
10 Точность результатов измерений
Следует учитывать, что оборудование, применяемое для измерений, может иметь собственные аберрации волнового фронта. Точность результатов измерений может быть улучшена путем вычитания собственных аберраций волнового фронта применяемого оборудования.
11 Протокол измерений
Протокол измерений должен включать следующую информацию:
а) основная информация:
1) сведения о том, что измерение проведено в соответствии с настоящим стандартом,
2) дата измерений,
3) наименование и адрес организации, проводившей измерения,
4) Ф.И.О. лица, проводившего измерения;
b) информация об измеряемом образце:
1) тип микролинз,
2) наименование изготовителя,
3) тип матрицы микролинз,
4) регистрационный номер;
c) условия измерения (условия окружающей среды):
1) температура,
2) относительная влажность;
d) информация о методе измерений:
1) применяемый метод измерений,
2) применяемые оптические устройства,
3) применяемый источник излучения:
i) тип источника излучения,
ii) длина волны,
iii) полуширина спектра оптического (лазерного) излучения,
iv) состояние поляризации,
v) расходимость излучения,
vi) размер пятна,
4) датчик,
5) апертура;
e) результаты измерений:
3) коэффициенты полинома Цернике или другие полиноминальные коэффициенты.
Приложение A
(обязательное)
Общие требования к методам измерений
Измерение аберраций волнового фронта микролинз проводят с применением однопроходного интерферометра Маха-Цендера, интерферометра бокового сдвига или датчика волнового фронта Шака-Гартмана. Однопроходные измерительные приборы необходимы для получения четкого изображения апертуры микролинзы на детекторе. В двухпроходовых схемах измеряемая микролинза формирует два изображения апертуры линзы (объектива), одно из которых находится вне фокуса из-за дифракционных эффектов. Таких эффектов можно избежать, используя интерферометр с однопроходовой схемой, так как все отражения от поверхностей микролинз в оптической системе в прямом направлении ничтожно малы. Также следует учитывать, что вследствие четкого изображения апертуры микролинзы отсутствуют неоднозначности определения аберраций волнового фронта.
Измерительное устройство не должно вносить в результат измерений влияние собственных аберраций.
В случае применения интерферометра бокового сдвига необходимо сохранять конструкцию устройства сдвига симметричной и максимально простой (например, интерферометр сдвига на основе двух дифракционных решеток), чтобы избежать дополнительных ошибок измерений.
Поскольку диаметр микролинз составляет от 10 мкм до нескольких миллиметров, необходимо применять средство увеличения по меньшей мере на два порядка для заполнения апертуры матричного фотодетектора, чтобы получить достаточное разрешение, так что даже сильно деформированные волновые фронты могут быть измерены без нарушения теоремы дискретизации. Для обеспечения большого диапазона увеличений при измерениях с применением интерферометра с плоским волновым фронтом плечо интерферометра с образцом должно содержать микроскоп для получения высоких коэффициентов увеличения. Если формирующий изображение объектив используют вне интерферометра, то следует применять объектив специальной конструкции для обеспечения высокого коэффициента увеличения в сочетании с большим рабочим расстоянием. Аберрации волнового фронта микролинз измеряют с применением интерферометров Маха-Цендера одним из двух методов, приведенных в приложении В. Рекомендуется применять изображающий микроскоп телескопического типа для формирования плоских волн в измерительном плече и на втором делителе лучей.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.